Диссертация (1173099), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Вызвано это падением амплитуда колебаний активногорабочего органа (рис. 4.8).Моделирование переходного процесса виброрыхления в СЭР позволилополучить его значения, по которым строился сам процесс поиска экстремума.116При начальном времени t = 0 изображающая точка определяласькоординатами x = 2 и у0 = 4 на статической характеристике объекта. Принимаемотклонение системы от экстремума - минимума, равное Δп = 0,2.Полученные данные (таблица 4.3) использовались для построения первогоотрезка фазовой траектории.Таблица 4.3 - Построение первого отрезка фазовой траекторииf2-1,5-1-0,50+0,5+ 1.+ 1,5+2P43,652,781,931,660770,70,780,93Изменяем Р при изменении f от значения, равного двум, до тех пор покавеличина мощности не достигнет минимального уровня чувствительностисистемы.В результате получим данные для построения первого отрезка фазовойтраектории.В точке f = 1,5, P=0.9 фазовой траектории осуществляется переключениезнака сигнала с минуса на плюс, после чего координаты начинают изменяться спостоянной скоростью.
Изменяем величину f от значения, равного 1,5, до тех пор,пока не будет достигнут минимум, который характеризуется чувствительностьюсистемы ∆п = 0,2. Полученные значения сведены в таблице 4.4:Таблица 4.4 - Построение второго отрезка фазовой траекторииf-1,5-1-0,50+0,5+1+1,5P0,90,460,360,60,761,010,93На основании данных, приведенных в таблице 4.4, построим второй участокфазовой траектории.
Исходя из заданной зоны нечувствительности системынаходим координаты второй точки фазовой траектории: P = 0,6 и f= 1,5. В даннойточке происходит смена знака сигнала с плюса на минус.Третий участок фазовой траектории характеризуется таким же уравнением,как и первый участок, но с другими значениями координат.Результаты сведены в таблице 4.5.117Таблица 4.5 - Построение третьего отрезка фазовой траекторииf1,510,50-0,5-1-1,5P0,60,40,480,580,8110,9На основании расчетных данных (таблица 4.5) построим третий участокфазовой траектории, который в конце движения имеет координаты y3 = 0,50 и х3 =1,5.Для получения четвертого участка фазовой траектории используем данные,сведенные в таблице 4.6.Таблица 4.6 - Построение четвертого отрезка фазовой траекторииf1,51030-0,5-1-1,5P0,60,910,750,520,300,460,89На основании расчета построена фазовая траектория четвертого участка скоординатами точки реверса P4 = 0,48, f4 = 1,5.Зафиксированный процесс движения системы к экстремуму изображен нарисунке 4.10.Рисунок 4.10 - Статическая характеристика объекта и фазовая траекторияэкстремальной системы118Данные таблицы дают возможность убедиться в том, что полученпредельный цикл, по которому определяют соответствующие показатели качестваэкстремальной системы.
Зона поиска на выходе определяется разностью ординат∆P = PМАХ − PМИН .Зона поиска на входе характеризуется постоянной величиной f= ±1,5. В рассматриваемом случае период колебаний T=3 с.Использованиеаналитическихвыраженийприближенногоспособаопределения параметров предельного цикла экстремальной системы по методугармонического баланса, показывают практическое совпадение результатов, сполученными при моделировании в соответствии с разработанными структурамиэкстремальной автоматической системы оптимизации процесса виброрыхления.4.8. Оценка результатов экспериментальных исследованийВажнейшимпоказателемэффективностимагнитострикционнойвибросистемы рыхления является рассогласование рабочего органа δ, дляполучения численных значений которого можно воспользоваться уравнением,приведенным в уравнении (2.40).
Правомерность использования уравнениянеобходимо оценить в процессе экспериментальных исследований:δ = 0,984 − 1,7 ⋅ 10 −3 ρcг + 3,35 ⋅ 10 −3 f 0 − 0,986 ⋅ 10 −3 ρcг f 0 ++ 0,92 ⋅ 10 −3 (ρcг ) − 0,262 ⋅ 10 −3 f 022Графики зависимостей значений δ виброрыхлителя в зависимости отволнового сопротивления грунта построенные на основе экспериментальныхданных и полученных из уравнения (2.35), при определенных постоянныхзначениях частоты магнитостриктора даны на рисунке 4.11, показывая хорошеесовпадение результатов. Полученные одновременно графики зависимостиδ = f (f0 ) при постоянных волновых сопротивлениях грунта и показанные нарисунке 4.12 свидетельствуют так же о хорошем совпадении результатов.119Рисунок 4.11 – Теоретические и экспериментальные зависимостиРисунок 4.12 - Теоретические и экспериментальные зависимостиПолученное выше рисунки 4.11 и 4.12 расчетные и экспериментальныеданные подтверждают главный вывод: увеличение значения частоты резонансарабочего органа, нагруженного присоединенной массой грунта, эквивалентноукорочению ненагруженного стержня магнитостриктора.
Таким образом, длямоделирования процесса нагружения рабочего органа можно использовать120результаты, получаемые на основе разработанной модели колебательной системы«магнитострикционный вибровозбудитель - рабочий орган» рыхлительноймашины с присоединенным к нему грунтом.Полученные результаты, подтвердившие адекватность разработанноймодели реальным процессам взаимодействия рыхлительного органа с грунтом,позволяют перейти к моделированию системы управления резонансным режимомвиброрыхления. Необходимо разработать такую систему управления процессомрыхления грунтов, которая обеспечивает автоматический поиск экстремальногозначения мощности, затрачиваемой на режим вибровозбуждения.4.9. Анализ производительности рыхлительных машин свибровозбудителямиРассмотрим факторы, способствующие повышению производительностирыхлительных машин при работе на мерзлых грунтах с применениеммагнитострикционного виброрыхлителя.Мощность магнитостриктора зависит от площади соприкосновения звуковойволны с грунтом.
Этим условиям отвечает только та часть поверхности зуба,которая контактирует с зоной уплотнения. Так, для зуба с шириной рыхления 0,19м такая площадь составит 285 см2. Тогда для создания мощности магнитострикторав 21,2 кВт потребуется, подводимая к нему мощность:Nп =N21,2= 32,6кВт ,=η н.с . 0,65где η н.с.
- КПД магнитостриктора.Если принять тяговое усилие рыхлительной машины, исходя из его сцепноймассы при рыхлении тяжелого грунта, равным 21000кг, то в этом случае скоростьрыхлительной машины в соответствии с ее тяговой характеристикой составит 2,4км/ч, а производительность при глубине рыхления 25…30 см – 80 м3/ч [6, 7].При приложение вибрационного воздействия на наконечник рыхлителявзаимодействие его разрушающей площади со средой становится меньше,примерно в 1,5 раза, и будет равна 0,3 от площади эффективно работающей частирыхлящего зуба. На нее приходится от 60 до 70% тягового усилия машины.
Так,121для усилия в 21000кг эта доля будет равна 13000…15000кг, а при наличиивысокочастотных колебаний она уменьшится на 4000…5000кг. Тогда скоростьдвижениямашинысоставит3…3,2км/ч,увеличивеескоростьипроизводительность в 1,3 по сравнению с машиной без виброрыхления.В [4] приведена расчетная формула скорости передвижения рыхлителяV=гдеNPпрJSK 1RJZ SK 2,N - мощность, затрачиваемая на передвижение; Рпр - тяговое усилие; J -интенсивность виброколебаний; Z - волновое сопротивление грунта; S - площадьпятна ультразвукового воздействия; R, K1, K2, - коэффициенты передачи энергии вгрунт КПД звуковой установки, уменьшение удельных нагрузок на рыхлящий зуб.Оптимальная интенсивность определяется [4]:J=PпрK 2 S ZR±Pпр2222K S ZRN.SK 3Оценим величину интенсивности, при следующих исходных данных:N = 21,2 кВт; Pпр = 25*105Н; Z = 6*106 кг/м2сек; R = 0,5; S = 10-2 м2; K1=2; K2=3Значение интенсивности звуковой волны примут значения:J1 = 2,5*106 Вт/м2; J2 = 630*106 Вт/м2 = 1.2 м/сКоэффициент К2, фиксирует значение интенсивности влияния на разрушениямассива грунта энергии звуковой упругой волны и выделяющегося при этом тепла.Увеличение значения К2 несколько уменьшает интенсивность такого воздействия.Однако доля звукового воздействия увеличивается с уменьшением коэффициентаК1.Удельная энергоемкость процесса разработки прочных грунтов с исходнымиданными: Hр = 0,15 м, Вр = 0,19 м, соответственно глубина и ширина разработкипри скорости Vр = 24*10–3 м/с и среднем сопротивлении грунта Pср = 8,6*104 Нсоставила:ст = ∗ср ∗ ,П122где П – часовая производительность процесса рыхления.ст = 0,51 кВт · ч/м3 .При этом, объем разрыхленного на пути 1 м грунта составляет V = 47*10-3м3/ п.м.Удельнаяэнергоемкостьпроцессаразработкипрочныхгрунтовсналожением на рабочий орган колебаний звуковой частоты определялась поформуле [94]:вб = ∗гс ∗ + в.Пгде Ргс – сопротивление виброрыхлению; Nв – мощность, потребляемаямагнитострикционным вибровозбудителем.Соответственно, при параметрах виброрыхления: глубина и ширинарыхления Hр = 0,15 м, Вр = 0,19 м.; Vр = 24*10–3 м/с; А = 0,3 мм; f = 750 Гц – удельнаяэнергоемкость составляет:– с учетом полной мощности Nв = 24,7 кВт потребляемой магнитострикторомпри разработке прочных грунтов:вб = 4,3 кВт · ч/м3 ,– с учетом мощности потраченной только на разработку грунта,определяемой как:,вб= вб − .
= 24,7 − 21,2 = 3,5 кВт,где . – мощность, потребляемая магнитострикционным вибровозбудителем нахолостом ходу.В этом случае энергоемкость разработки грунта составляет:,вб= 0,89 кВт · ч/м3 .При этом, объем разрыхленного на пути 1 м грунта составляет V = 72*10-3м3/ п.м.Технико-экономической эффект от использования звуковых способоврыхления грунта выражается в увеличении его сменной производительности всреднем на 25 %.123Выводы к главе 41.Определена оптимальной глубины заглубления рабочего органарыхлительной машины при разрушении прочных грунтов, соответствующейусловиям минимальной энергоёмкости процесса рыхления и его максимальнойпроизводительности.2.Установлена адекватность разработанной математической моделикомплексного сопротивления грунта высокочастотному излучению свойствамреальных грунтов, что позволяет оценить эти значения теоретическим путем.3.Разработанафункциональнойсхемыэкстремальнойсистемырегулирования процесса виброрыхления мерзлых грунтов, пользуя принципзапоминания экстремума.
реагируя на разность между предыдущим и полученнымзначениями выходной переменной системы.4.Разработано устройство управления процессом виброрыхления,поддерживающегоминимальноезначениемощности,потребляемоймагнитострикционным преобразователем от источника электропитания.5.Результаты моделирования процесса поддержания экстремального(минимального)значениямощности,потребляемоймагнитострикционнымпреобразователем в соответствии с разработанными: замкнутой структуройэкстремальной системы оптимизации процесса виброрыхления и полученнойэкспериментально его статической характеристикой, подтвердили эффективностьпредложенных технических решений.6.Выявлены факторы, способствующие повышению производительностирыхлительных машин и экономической эффективности при их работе на сезонномерзлых грунтах с применением магнитострикционного виброрыхлителя.7.Исходя из вышеизложенного, необходимо создать систему управлениявибровозбудителем,обеспечивающуюпостояннуюподстройкусистемывиброрыхлитель – грунт в резонансное состояние, которая в свою очередьобеспечивает наиболее эффективное рыхление грунта.124ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1.Процессы разработки прочных грунтов на основе использованияприменяемых в настоящее время технических средств рыхления слишкомэнергоемки и недостаточно производительны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
